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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Getriebe, insbesondere für
Kraftfahrzeuge, mit einem Gehäuse
und einer Eingangsstufe, die ein Zahnrad mit einer Außenverzahnung
zur Drehmomentübertragung
aufweist, das in dem Gehäuse
mittels eines Paares von Wälzlagern
gelagert ist und drehfest mit einer Antriebswelle des Getriebes
verbunden ist.
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Derartige Getriebe sind allgemein
bekannt.
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Beispielsweise bei sogenannten IVT-Getrieben
bzw. Toroid-Getrieben
wird häufig
eine Eingangsstufe verwendet, mit zwei miteinander kämmenden
Zahnrädern,
die ein Antriebsdrehmoment auf eine Vorgelegewelle übertragen.
Die Vorgelegewelle treibt dann häufig über einen
Zahnriemen, eine Kette oder einen weiteren Zahnradsatz eine oder mehrere
Eingangsscheiben eines Variators an.
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Derartige Eingangsstufen müssen dazu
ausgelegt sein, vergleichsweise hohe Drehmomente zu übertragen.
Dabei ist insbesondere dann, wenn die Zahnräder der Eingangsstufe schräg verzahnt
sind, eine stabile Lagerung insbesondere von jenem Zahnrad wichtig,
das mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist. Denn dann treten
beträchtliche
Axialkräfte
an der Eingangsstufe auf, mit der Gefahr, dass das Eingangsstufen-Zahnrad
sich schief stellt. Dies führt zu
einem sofortigen deutlich höheren
Geräusch
und Verschleiß und
ist demzufolge zu vermeiden.
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Im Stand der Technik wird das mit
der Getriebeeingangswelle verbundene Zahnrad daher mittels eines
Paares von Rillenkugellagern oder Zylinderrollenlagern schwimmend
gelagert. Das Zahnrad wird dabei an dem Gehäuse des Getriebes gelagert
und weist einen Wellenstumpf auf, der sich aus dem Getriebe heraus
erstreckt. Der Wellenstumpf ist außenumfänglich häufig mit einem Zahnwellenprofil
versehen, auf das die Getriebeeingangswelle (bzw. eine Abtriebswelle
des Motors des Kraftfahrzeuges) aufgesteckt wird.
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Insbesondere bei großen Betriebswälzkreisen
der Eingangsstufe ist eine breite Lagerbasis erforderlich, um die
Verzahnung genau zu führen.
Dies führt
zu einem großen
axialen Bauraum.
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Bei einer zu kurzen Lagerbasis besteht
die Gefahr der Schiefstellung der Verzahnung und die Möglichkeit
des Entstehens von erhöhten
Verzahnungsgeräuschen
sowie starkem Verschleiß.
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Das Zahnwellenprofil zum Anschluss
der Getriebeeingangswelle (bzw. Motorabtriebswelle) ist in einem
Bereich des Wellenstumpfes vorgesehen, der sich aus dem Gehäuse heraus
erstreckt.
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Vor diesem Hintergrund ist es die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Getriebe mit
einer derartigen Eingangsstufe anzugeben.
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Diese Aufgabe wird bei dem eingangs
genannten Getriebe dadurch gelöst,
dass das Paar von Wälzlagern
ein Paar von angestellten Wälzlagern
ist, von denen zumindest eines zumindest teilweise axial innerhalb
der Außenverzahnung
angeordnet ist.
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Durch die Bereitstellung von angestellten Wälzlagern
können
diese in gegenläufiger
axialer Richtung Kräfte
aufnehmen, die über
das Gehäuse geleitet
werden. Hierdurch ergibt sich zum einen eine höhere Tragfähigkeit. Auch bei Veränderungen
der Temperatur und der Verwendung von Gehäusen mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten
ergibt sich keine Spielvergrößerung in
der Lagerung.
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Dabei ist zumindest eines der Wälzlager
zumindest teilweise axial innerhalb der Außenverzahnung angeordnet. Da
bei einer angestellten Lagerung in der Regel Wälzlager mit einer schräg verlaufenden
Kraftkomponente verwendet werden, um die Axialkräfte zu übertragen, kann bei deutlich
größerer Stützbasis
der Druckmittelpunkt der Wälzlager
axial zur Lagermitte versetzt werden. Hierdurch ist es möglich, das
eine Wälzlager
zumindest teilweise axial innerhalb der Außenverzahnung anzuordnen, so dass
sich ein vergleichsweise kleiner axialer Bauraum ergibt. Gleichfalls
ergibt sich eine relativ breite Stützbasis für die Verzahnung. Mit anderen
Worten wird durch Ineinanderschachteln des Körpers des Zahnrades und des
zumindest einen Wälzlagers
eine größtmögliche Ausnutzung
des axialen Bauraumes erzielt.
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Die Aufgabe wird demzufolge vollkommen gelöst.
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Von besonderem Vorzug ist es, wenn
die Wälzlager
das Zahnrad in O-Anordnung lagern.
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Insbesondere hierdurch ergibt sich,
dass der Druckmittelpunkt der Lager axial zur Lagermitte versetzbar
ist, um bei kleinerem geometrischem Lagerabstand die Stützbasis
deutlich größer auszuführen.
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Von besonderem Vorzug ist es ferner,
wenn die Wälzlager
Kegelrollenlager sind.
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Diese können hohe Kräfte sowohl
in Axial- als auch in Radialrichtung aufnehmen, wobei sich eine
hohe Tragfähigkeit
ergibt. Kegelrollenlager bauen zudem bei höherer Tragfähigkeit im Durchmesser kleiner.
Auch hierdurch ist es möglich,
wenigstens eines von diesen unter der Außenverzahnung anzuordnen, so
dass es in den Körper
des Zahnrades „eintaucht".
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Alternativ hierzu können die
Wälzlager
auch Schrägkugellager
sein, mit denen sich ähnliche
Vorteile erzielen lassen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausgestaltung weist das Zahnrad eine Zahnradnabe auf, auf der die
Wälzlager
angeordnet sind.
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Bei dieser Ausführungsform ist es von besonderem
Vorteil, wenn das zumindest eine Wälzlager zumindest teilweise
axial innerhalb einer axialen Ausnehmung des Zahnrades bzw. des
Zahnradkörpers
angeordnet ist, die radial zwischen der Zahnradnabe und der Außenverzahnung
liegt.
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Hierdurch wird auf konstruktiv einfache
Weise das axiale Ineinanderschachteln von Zahnradkörper und
Wälzlager
ermöglicht.
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Vorteilhaft ist es dabei ferner,
wenn die Zahnradnabe eine zentrale Axialbohrung mit einem Profil zur
Aufnahme und drehfesten Verbindung mit der Antriebswelle aufweist.
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Hierdurch ist es möglich, die
Getriebeeingangswelle (bzw. Motorausgangswelle) bis in einen Abschnitt
in das Gehäuse
des Getriebes hinein in die Zahnradnabe einzuführen, so dass sich insgesamt eine
kurze axiale Baulänge
ergibt.
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Von besonderem Vorzug ist es, wenn
die Axialbohrung sich axial bis unter eines der Wälzlager
erstreckt.
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Hierdurch wird eine parallele Anordnung
der Lagerung und der drehfesten Verbindung zwischen Getriebeeingangswelle
und Zahnrad erzielt. Somit ist eine nochmals kürzere axiale Bauweise möglich.
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Dabei ist es von besonderem Vorteil,
wenn die Axialbohrung sich axial bis unter die Außenverzahnung
erstreckt.
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Hierdurch wird die gesamte Baulänge noch einmal
reduziert, durch die Parallelität
der Anordnung der einzelnen Funktionselemente.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
ist die Außenverzahnung
eine Schrägverzahnung.
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Hierdurch ergeben sich akzeptable
Verzahnungsgeräusche.
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Dabei ist es von besonderem Vorteil,
wenn die Wälzlager
unterschiedlich groß sind.
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Dies ist insbesondere bei Kraftfahrzeugen
interessant, da die Getriebeeingangswelle sich in der Regel ausschließlich in
einer bestimmten Richtung dreht. Hierdurch wird bei einer Schrägverzahnung
eines der zwei Wälzlager
auf gegenüberliegenden
Seiten der Schrägverzahnung
generell stärker
belastet. Insgesamt ergibt sich somit eine kompakte und konstruktiv
günstige
Bauweise.
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Dabei ist es von besonderem Vorteil,
wenn die Wälzlager
einen unterschiedlichen Durchmesser besitzen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
ist wenigstens einem der Wälzlager
ein Ölstaublech
zugeordnet, das an dem Gehäuse
festgelegt ist und axial zwischen dem zugeordneten Wälzlager
und dem Körper
des Zahnrades angeordnet ist.
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Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit
der Integration einer verbesserten Ölversorgung der Lager ohne
zusätzliche
Befestigungselemente und ohne zusätzlichen axialen Bauraum.
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Dabei ist es von besonderem Vorteil,
wenn das Ölstaublech
als Ringkörper
ausgebildet ist, der an einem Radialkranz des Gehäuses festgelegt
ist, der axial an dem zugeordneten Wälzlager angreift.
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Hierdurch wird die Integration des Ölstaubleches
auf konstruktiv besonders günstige
Art und Weise gelöst.
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Die erfindungsgemäße Art der Lagerung des Zahnrades
der Eingangsstufe ermöglicht
in jedem Betriebszustand, insbesondere unabhängig von der Temperatur, eine
stabile axiale Zuordnung der Zahnräder der Eingangsstufe untereinander,
was insbesondere bei der Übertragung
hoher Momente für
die Lebensdauer der Verzahnungen wichtig ist.
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Ferner kann insgesamt eine nahezu
spielfreie Lagerung erreicht werden und eine unzulässige Schiefstellung
des Zahnrades kann vermieden werden. Somit wird eine genaue Führung und
Positionierung der Außenverzahnung
bei minimaler axialer Baulänge
erzielt.
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Es versteht sich, dass die vorstehend
genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur
in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen
der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Längsschnittansicht
durch einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Getriebes mit einer Eingangsstufe;
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2 eine
axiale Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes
mit einer Eingangsstufe;
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3 eine
Schnittansicht entlang der Linie III-III von 2; und
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Ölstaubleches
zur Verwendung in der Eingangsstufe des erfindungsgemäßen Getriebes
gemäß 2.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Getriebe generell
mit 10 bezeichnet.
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Das Getriebe 10 kann ein
IVT- bzw. Toroid-Getriebe sein, das insbesondere zur Verwendung in
Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor geeignet ist. Es kann sich
jedoch auch um jede andere Art von Getriebe handeln, bei dem über eine
Eingangsstufe relativ hohe Drehmomente bei hohen Drehzahlen zu übertragen
sind.
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Das Getriebe 10 weist ein
Gehäuse 12 mit
einem ersten Gehäuseteil 14 und
einem zweiten Gehäuseteil 16 auf.
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Innerhalb des Gehäuses 12 ist eine Eingangsstufe 20 des
Getriebes 10 vorgesehen. Die Eingangsstufe 20 weist
ein erstes Zahnrad 22 und ein hiermit kämmendes zweites Zahnrad 24 auf.
Das erste Zahnrad 22 ist entlang einer Achse 23 angeordnet.
Der Zahneingriff ist bei 26 gezeigt.
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Eine Getriebeeingangswelle 28 (bei
der es sich beispielsweise um eine Motorabtriebswelle oder ähnliches
handeln kann) ist mit dem ersten Zahnrad 22 drehfest verbunden.
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Das zweite Zahnrad 24 ist
an einer Getriebewelle 30 (beispielsweise nach der Art
einer Vorlegewelle) gelagert. Die Getriebewelle 30 ist
mittels eines Wellenlagers 32 (hier ein Rollenlager) schwimmend gelagert.
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Das erste Zahnrad 22 weist
eine Zahnradnabe 40, einen Zahnradkörper 42 und eine Außenverzahnung 44 auf.
Der Zahnradkörper 42 weist
eine axiale Ausnehmung 43 auf, die hin zu der Getriebeeingangswelle 28 ausgerichtet
ist.
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Die Zahnradnabe 40 weist
ausgehend von dem Zahnradkörper 42 zwei
in unterschiedliche axiale Richtungen weisende Wellenstummel auf.
Der zur Getriebeeingangswelle 28 hin weisende Wellenstummel
schließt
etwa bündig
mit der Außenseite
des Gehäuses 12 ab.
Der gegenüberliegende
Wellenstummel erstreckt sich in das Gehäuse 12 hinein.
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Das erste Zahnrad 22 ist
mittels eines ersten und eines zweiten Kegelrollenlagers 46, 48 an
dem Getriebegehäuse 12 drehbar
gelagert.
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Das erste Kegelrollenlager 46 ist
am Außenumfang
des zur Getriebeeingangswelle 28 hin weisenden Wellenstummels
angeordnet. Das zweite Kegelrollenlager 48 ist an dem gegenüberliegenden Wellenstummel
außenumfänglich angeordnet.
Das erste Kegelrollenlager 46 stützt sich an dem ersten, äußeren Gehäuseteil 14 ab.
Das zweite Kegelrollenlager 48 stützt sich an dem zweiten, inneren
Gehäuseteil 16 ab.
Die Gehäuseteile 14, 16 nehmen
zwischen sich einen Teil des Zahnradkörpers 42 und die Außenverzahnung 44 auf.
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Zwischen dem ersten Gehäuseteil 14 und dem
zur Getriebeeingangswelle 28 hin weisenden Wellenstummel
ist ferner eine Wellendichtung 50 an sich üblicher
Bauweise vorgesehen.
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Der innere Lagerring des ersten Kegelrollenlagers 46 stützt sich
in axialer Richtung hin zu der Getriebeeingangswelle 28 an
einem axialen Sicherungsring 52 ab, der an dem zugeordneten
Wellenstummel festgelegt ist. Das erste Gehäuseteil 14 übergreift
den Außenring
des ersten Kegelrollenlagers 46 an der axial gegenüberliegenden
Seite.
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Der Außenring des zweiten Kegelrollenlagers 48 stützt sich
in axialer Richtung (entgegengesetzt zu der Abstützung des Außenringes
des ersten Kegelrollenlagers 46) an dem zweiten Gehäuseteil 16 axial
ab.
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Der Innenring des zweiten Kegelrollenlagers 48 wird
von innen in axialer Richtung hin zu der Getriebeeingangswelle 28 mit
einer Vorspannkraft beaufschlagt, im vorliegenden Fall mittels einer
Mutter 54. Hierdurch kann die Vorspannkraft eingestellt
werden. Bei richtig eingestellter Vorspannkraft kann die Mutter 54 gegenüber dem
zugeordneten Wellenstummel verstemmt werden.
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Die Kegelrollenlager 46, 48 bilden
demzufolge eine angestellte (verspannte) Lagerung für das erste
Zahnrad 22.
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Obgleich das erste Gehäuseteil 14 und
das zweite Gehäuseteil 16 in
der vorliegenden Ausführungsform
voneinander getrennte, jedoch fest miteinander verbundene Bauteile
sind, versteht sich, dass diese auch durch ein einteiliges Gehäuse 12 gebildet sein
können.
In diesem Fall kann das erste Zahnrad durch eine Trennfuge in der
Wellenachse montiert werden.
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Die Kegelrollenlager 46, 48 sind
in einer O-Anordnung vorgesehen. Dabei bildet eine Wirklinie der
Kegelrollenlager 46, 48 jeweils mit der Achse 23 einen
Winkel α,
der beispielsweise im Bereich zwischen 45 und 85° liegen kann, insbesondere im
Bereich von etwa 70 bis 85 °.
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Hierdurch wird der Druckmittelpunkt
der Kegelrollenlager 46, 48 axial zur Lagermitte
(d.h. zum Zahnradkörper)
hin versetzt, so dass die Kegelrollenlager 46, 48 bei
relativ kleinem geometrischem Lagerabstand eine vergleichsweise
große
axiale Stützbasis
bilden.
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Die Verwendung von Kegelrollenlagern
ermöglicht
bei höherer
Tragfähigkeit
kleinere Lagerdurchmesser. Hierdurch ist es mög lich, dass das erste Kegelrollenlager 46 in
axialer Richtung zumindest teilweise innerhalb der Außenverzahnung 44 liegt. Genauer
gesagt liegt das erste Kegelrollenlager 46 in axialer Richtung
so, dass es zumindest etwas in die Ausnehmung 43 des Zahnradkörpers 42 axial
eintaucht.
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Hierdurch ergibt sich insgesamt eine
kurze axiale Bauform.
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Der zur Getriebeeingangswelle 28 hin
weisende Wellenstummel weist eine Axialbohrung 56 mit einem
innenliegenden Zahnwellenprofil auf. Die Axialbohrung 56 erstreckt
sich in axialer Richtung durch das erste Kegelrollenlager 46 hindurch
bis unter einen Abschnitt innerhalb der Außenverzahnung 44. Alternativ
könnte
die Axialbohrung 56 sich auch über einen kürzeren axialen Weg erstrecken,
der beispielsweise nur teilweise bis unter das erste Kegelrollenlager 46 reicht.
Die Getriebeeingangswelle 28 ist außenumfänglich mit einem entsprechenden
Zahnwellenprofil angeordnet und wird von außen in den Wellenstumpf der
Zahnradnabe 40 eingesteckt. Die Getriebeeingangswelle 28 erstreckt
sich demzufolge bis unter das erste Kegelrollenlager 46.
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Hierdurch wird der axiale Bauraum
nochmals verkleinert, da sich der Wellenstumpf der Zahnradnabe 40 nicht
aus dem Gehäuse 12 heraus
erstrecken muss. Anstelle der Kegelrollenlager 46, 48 können auch
Schräg-Kugellager
verwendet werden. Insgesamt ergibt sich ein vergleichsweise kleiner
axialer Bauraum für
die Eingangsstufe 20. Durch die angestellte Lagerung ist
diese nahezu spielfrei. Eine unzulässige Schiefstellung des ersten
Zahnrades 22 wird vermieden.
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Die Außenverzahnung 44 ist
vorzugsweise als Schrägverzahnung
ausgebildet, so dass sich akzeptable Verzahnungsgeräusche ergeben.
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Durch die O-Anordnung ergibt sich
eine breite Stützbasis
für die
Außenverzahnung 44.
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Der axiale Bauraum wird durch das
Ineinanderschachteln von Zahnradkörper 42 und erstem
Kegelrollenlager 46 maximal ausgenutzt. Durch die angestellte
Lagerung ergibt sich insgesamt eine höhere Tragfähigkeit. Auch bei zunehmender
Temperatur und der Verwendung von Gehäusen aus einem Material mit
einem hohen Ausdehnungskoeffizienten (beispielsweise Aluminium)
ergibt sich keine Spielvergrößerung in
der Lagerung. Durch die Verwendung der verstemmbaren Mutter 54 kann
die Vorspannkraft der angestellten Lagerung genau eingestellt werden.
Durch Verwendung des innen liegenden Zahnnabenprof in in dem Wellenstummel
ergibt sich eine Reduzierung der Gesamtbaulänge. Dies wird noch dadurch
unterstützt,
dass die Funktionselemente weitgehend parallel angeordnet werden.
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Somit ergibt sich insgesamt eine
genaue Führung
und Positionierung der Außenverzahnung 44 bei
minimaler axialer Baulänge.
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In 2 ist
eine alternative Ausführungsform eines
Getriebes generell mit 10' bezeichnet.
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Der generelle Aufbau und die Funktionsweise
des Getriebes 10' entsprechen jener des Getriebes 10.
Im Folgenden wird daher lediglich auf die Unterschiede eingegangen.
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Bei dem Getriebe 10' ist
dem ersten Kegelrollenlager 46 ein erstes Ölstaublech 60 zugeordnet. Entsprechend
ist dem zweiten Kegelrollenlager 48 ein zweites Ölstaublech 62 zugeordnet.
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Der generelle Aufbau der Ölstaubleche 60, 62 und
deren Anordnung innerhalb des Gehäuses 12 sind in den 3 und 4 dargestellt.
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Die Ölstaubleche 60, 62 sind
jeweils radial innerhalb eines Radialkranzes 64, 66 des
ersten Gehäuseteils 14 bzw.
des zweiten Gehäuseteils 16 angeordnet.
Die Radialkränze 64, 66 sind
jene Abschnitte des ersten und zweiten Gehäuseteils 14, 16, die
in axialer Richtung an den Außenringen
der Kegelrollenlager 46, 48 angreifen. Demzufolge
lassen sich die Ölstaubleche 60, 62 ohne
Vergrößerung des axialen
Bauraumes unterbringen. Gleichzeitig ist eine unmittelbare Zuordnung
zu den Kegelrollenlagern 46, 48 ermöglicht.
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Die Ölstaubleche 60, 62 sind
generell ringförmig
ausgebildet. Wie in 4 gezeigt
ist, können
die Ölstaubleche 60, 62 jeweils
als offener Ring ausgebildet sein, so dass sie über eine radiale Federkraft ohne
weitere Befestigungselemente am Innenumfang der Radialkränze 64, 66 festgelegt
werden können.
Zur Verdrehsicherung weisen die Ölstaubleche 60, 62 jeweils
ein oder zwei radiale Zungen 70 auf, die in entsprechende
Radialausnehmungen 68 der Radialkränze 64, 66 greifen,
wie es in 3 dargestellt
ist.
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Die Zungen 70 können gegenüber dem Grundkörper der Ölstaubleche 60, 62 herausgebogene
Zungen sein, so dass die Ölstaubleche 60, 62 einteilig
ausgebildet werden können.
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An einem sich über einen Winkel von beispielsweise
weniger als 180° erstreckenden
Teil der Ölstaubleche 60, 62 ist
in axialer Richtung eine Tasche 74 angeformt. Die Taschen 74 erstrecken
sich jeweils in axialer Richtung hin zu dem Zahnradkörper 42.
Die Taschen 74 nehmen im Betrieb des Getriebes Schmieröl auf, das
dort aufgestaut wird und somit ständig zur Schmierung der Kegelrollenlager 46, 48 zur
Verfügung
steht. Genauer gesagt sind die Ölstaubleche 60, 62 jeweils
so angeordnet, dass ihre den Taschen 74 gegenüberliegende
Stirnseite an dem Außenring
des jeweiligen Kegelrollenlagers 46, 48 anliegt.
Die Taschen 74 sind dabei jeweils an einem unteren Teil
der Ölstaubleche 60, 62 ausgebildet,
so dass das Öl
aufgrund der Gravitation dort aufgefangen wird.
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Somit lassen sich die Ölstaubleche 60, 62 zur
verbesserten Ölversorgung
der Lager 46, 48 ohne zusätzliche Befestigungselemente
und ohne zusätzlichen
axialen Bauraum an dem Gehäuse 12 festlegen.